Испытательный стенд для изучения шлем Fit и удержания и биомеханических мер головы и травмы шеи в имитации воздействия

Общая цель этого метода моделирования удара шлема заключается в количественной оценке прилегания и удержания шлема, а также в оценке риска травмирования при различных сценариях посадки шлема. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в исследованиях шлемов, такие как влияние посадки шлема на травмы головы и шеи. Основное преимущество этой методики заключается в том, что новое понимание эффективной посадки шлема в зависимости от вероятности травмы может быть количественно определено с помощью простой методологии.

Воздействие на голову, а также травмы головы и шеи, могут быть изучены с помощью этого метода. Имитируйте удар о голову в шлеме, линейно направляя форму головы на удар о ударную поверхность. Соберите башню для сброса, состоящую из регулируемого подвеса, антропометрического испытательного устройства и переменной ударной поверхности.

В форме головы расположите девять одноосевых акселерометров в конфигурации три, два, два, два для измерения линейных и угловых ускорений в центре тяжести формы головы. Затем настройте настраиваемый скоростной гейт на ударной башне, чтобы измерить скорость удара непосредственно перед ударом. Чтобы собрать данные об ускорении напора, настройте систему сбора данных.

Используйте сглаживающий фильтр нижних частот с угловой частотой четыре килогерца для фильтрации данных перед выборкой. Затем установите частоту дискретизации каждого отфильтрованного сигнала равной 100 килогерц. Различные сценарии могут быть протестированы с использованием настроек, скорость удара, поверхность удара и тип удара, сначала голова или туловище, все это переменные.

Для начала поднимите форму головы на соответствующую высоту. Используя высоту сброса 0,82 и 1,83 метра, достигайте скорости удара четыре и шесть метров в секунду. Скорость удара шесть метров в секунду представляет собой стандарты в полевых условиях.

Для ударной поверхности установите плоскую или наклонную под углом 45 градусов наковальню, покройте поверхность наковальни абразивной лентой, чтобы имитировать асфальтовую поверхность. При необходимости отрегулируйте положение наковальни так, чтобы шлем касался только плоской поверхности наковальни. Затем установите башню для удара головой вперед или туловищем первым

Расположите блок на высоте, чтобы ударить по кардану, когда шлем находится на расстоянии 25 миллиметров от наковальни. Для этого теста также используйте немного пены, чтобы свести к минимуму вибрации от башни. Теперь только сгибание шеи приведет к тому, что шлем войдет в наковальню.

Повторите одну и ту же конфигурацию сценария удара и посадки три раза, используя новый шлем для каждого испытания. Расположите две высокоскоростные камеры вокруг башни, чтобы получить синхронизированные изображения движения шлема и головы во время удара. Используйте макрообъектив, чтобы получить более узкое поле зрения, и установите диафрагму примерно на восемь.

Затем установите размер изображения и частоту кадров для записи. Затем синхронизируйте две камеры с помощью их внутренних часов и настройте триггер для их одновременного запуска. Поместите между камерами лампу мощностью 250 Вт, чтобы обеспечить достаточное освещение.

Следующим этапом является калибровка просматриваемого камеры пространства. Расположите калибровочный каркас, отмеченный 17 калибровочными точками, в поле зрения обеих камер и сделайте по одному изображению с каждой камеры. Камеры должны видеть не менее 11 общих точек.

Следуйте инструкциям в текстовом протоколе, чтобы откалибровать камеру с использованием этих изображений. Расположите контрольный маркер между глазами в нижней части лба и равномерно расположите другие маркеры вокруг формы головы. Затем сделайте неподвижное эталонное изображение формы головы с каждой камеры.

Каждая камера должна видеть не менее трех маркеров, включая эталонный маркер. Теперь повторите этот процесс со шлемом, всегда снимайте съемный козырек для улучшения видимости во время слежения и расположите маркеры так, чтобы эталонное изображение с каждой камеры видело не менее четырех маркеров. Теперь настройте и протестируйте одновременный триггер для сбора данных, записи с камеры и выпуска формы головы.

Наконец, запустите систему сбора данных с начала записи с камеры и отпустите форму головы. Снимайте за три секунды до падения и через восемь секунд после падения. После теста вручную просмотрите и обрежьте видео, чтобы оно содержало только данные о воздействии.

Линейное ускорение головы, угловое ускорение, угловая скорость, сила в верхней части шеи и момент в верхней части шеи рассчитывались из абсолютной нормы векторов направления. Также был рассчитан критерий травмы шеи по осевой силе и моменту шеи. Можно было бы идентифицировать различные события удара.

Например, контакт головы с наковальней и первый удар туловища наблюдаются как большой пик и приводят к линейному ускорению. При угловом ускорении наблюдаются два набора пиков. Первый пик возникает в результате удара по туловищу, в то время как второй пик возникает в результате достижения максимального сгибания шеи.

В последовательности события удара представляют собой удар туловища, за которым следует контакт головы с наковальней, а затем достижение максимального сгибания шеи. Величина вектора между лбом и полями шлема указывает на смещение головы шлема. Это значение представляет собой положение шлема на голове, при этом большие значения демонстрируют большее воздействие на голову.

Изменения смещения головного шлема представляют собой движение шлема. Представленные методы могут быть использованы для обследования защиты головы в шлемах с учетом вероятности травм, удержания и устойчивости шлема.